Тензорезисторы КС

Основные свойства и классификация. В отличие от ПР, предназначенных для измерения силы и давления и являющихся самостоятельными модулями, тензорезисторы КС (ТР) предназначены для измерения деформации растяжения и сжатия и применяются в виде наклеиваемых преобразователей. ТР состоят (см. рис. 1.1,6) из ЧЭ /, выводных контактов 2 и выводных проводов 3. Их выполняют в виде полоски, пленки или нити. В основе работы ТР лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. В отличие от металлических и полупроводниковых ТР, у которых изменение удельного сопротивления при их деформации происходит на атомном уровне, у тензорезисторов КС это изменение происходит на микроскопическом уровне — на уровне частиц композиционного ЭП материала.

Тензорезисторы КС выполняют из ЭП материала, представляющею собой композицию из ЭП наполнителя и связующего. В качестве ЭП наполнителя используют углеграфитовые и другие ЭП зернистые материалы, а в качестве связующего — бакелит, каучук, смолы, силикат, целлюлозу и др. Так как метрологические и эксплуатационные характеристики ТР определяются, главным образом, связующим и технологией полимеризации ЭП композиции, классификацию ТР целесообразно осуществлять по типу связующего. Исходя из этого, в настоящее время различают бакелитовые ТР, ТР из ЭП резины, ЭП смол, стеклоуглерода, поликристаллических ЭП материалов, ЭП бумаги, а также ЭП лака и ЭП клея.

Бакелитовые ТР являются одними из первых тензорезисторов КС. Под названием тензолиты они изготавливались преимущественно из смеси тонкого размельченного порошка графита или сажи в мелкодисперсном состоянии со связующим (цементирующим веществом). Полосовые ТР выполняли толщиной 0,5—1 мм из смеси графитового порошка с каолином или гипсом. К исследуемому объекту они крепились шеллаком или предварительно наносились на одну сторону изоляционной полосы, которая другой стороной приклеивалась к объекту. Параметры ТР: размер 80x8x0,5 мм, Ко=5-10 кОм, е /=0,2%, К = 10, точность ±15%.

См. также:  Брикетно-пористые пьезорезисторы

Пленочные ТР изготавливались из смеси сажи с бакелитовым лаком. Контакты прикреплялись к концам пленки той же смесью, но с большим содержанием сажи. Защита ТР осуществлялась слоем лака. Все операции проводились при последующей термической обработке. Размер ТР — 25x8x0,3 мм, Я0=Ют15 кОм.

Нитевидные ТР выполнялись путем прикрепления к тонкой бумаге двух контактов из серебряной фольги, которые затем соединялись между собой с помощью рейсфедера линией из ЭП композиции толщиной 1 мм. Сверху наклеивали второй лист бумаги. Более совершенные нитевидные ТР получали путем выпрессовывания тестообразной смеси из сажи с бакелитом через отверстия диаметром 1,5—2 мм. После сушки нити нарезались на кусочки длиной 30—35 мм, в торцы которых вставлялись тонкие медные контакты.

Тензоэффект у тензолитов обусловлен, главным образом, появлением при деформировании микроскопических трещин, которые, увеличиваясь или уменьшаясь, изменяют характер соединения проводящих частиц. При таком механизме изменения переходного сопротивления трудно получить хорошую повторяемость деформационной характеристики. Поэтому тензолиты впоследствии оказались малопригодными для измерительных целей, хотя для контроля они могут еще найти применение. Вместе с тем достоинства тензорезисторов КС, заключающиеся в относительно высокой тензочувствительности, не требующей усиления выходного сигнала, и возможности изготовления в лабораторных условиях, постоянно привлекают к ним внимание исследователей, несмотря на наличие более совершенных и точных проволочных и других ТР. Достижение лучшей обратимости процесса деформирования у тензорезисторов КС осуществлялось в основном путем применения более эластичных связующих и отработки технологии изготовления ЭП композиции, при которой получались более прочные, чем у тензолитов, связи между ЭП частицами.

Рис. 5.1. Конструкции тензорезисторов из электропроводной резины с изолирующими накладками (а) и с клиновидными утолщениями для выводных контактов (б)

 Тензорезисторы КС

 

Примеры исполнения и применения. ТР из ЭП резины выполняют путем нарезки полосок, например, шириной 1 —1,5 мм и толщиной 0,7— 1,3 мм, края которых армированы обезжиренной латунной сеткой. В некоторых случаях ЧЭ 1 (рис. 5,1, а) заключают между двумя изолирующими элементами 2, например, в виде слоев из высокоэластичной резины, а выводные контакты 3 впрессовывают в ЧЭ при его изготовлении. Для сохранения постоянства измерительной базы и исключения влияния деформации ЧЭ на контакты, которые обычно приклеивают вместе с ЧЭ к объекту измерений, на концах ЧЭ 1 (рис. 5.1, б) выполняют иногда клиновидные утолщения 2 из того же ЭП материала, к верхней части которых прикрепляют контакты 3.

См. также:   Пластинчатые пьезорезисторы из металлических материалов и ЭП резины